飞行航迹解耦控制器设计

许多经典的飞行控制系统中,基本飞行控制器纵向和横侧向解耦,可以通过控制飞机的姿态达到跟随参考飞行航迹的目的。对于采用该系统的飞机,当执行航迹跟随任务时,需要设计一种新的解耦控制算法,该算法根据最优参考航迹,将飞机航迹控制指令转化为飞行控制系统所需要的解耦姿态控制指令。给出了由该算法构成的解耦控制器结构,并将其与飞行航迹控制器以及基本姿态控制器结合,共同完成航迹跟随任务。最后通过仿真实验,验证了算法的有效性。     

基于对偶四元数的航姿系统姿态更新算法研究

以微小型捷联航姿参考系统为研究对象,建立基于对偶四元数的导航系统姿态更新解算参数模型。该方法区别于描述刚体纯旋转变换的四元数方法,将载体系与地理系之间坐标转换的旋转与平移过程进行统一、融合,通过建立最小方差目标方程,求解最优的姿态更新矩阵。构建Kalman滤波方程,最终确定载体姿态,航向角实时信息。仿真表明,对偶四元数所建姿态四元数误差的均值与均方差均小于0.002。Kalman滤波器构造符合实际系统要求,在传感器测量精度有限的情况下,可使俯仰角、横滚角、航向角误差分别减小到0.1°,0.1°,0.2°。     

滞空状态下超小型旋翼机系统的姿态模型辨识

采用机理分析和系统辨识相结合的方法,以直升机机体和伺服小翼的力矩平衡方程为基础,根据滞空状态的特性,建立含有未知参数的超小型旋翼无人机姿态模型,由飞行数据采用预测误差法(PEM)对上述姿态模型进行了辨识,从而得到了完整的滞空状态下超小型旋翼机系统的姿态模型,最后验证了辨识模型的正确性。     

拦截器姿态控制系统切换控制方法研究

为增强拦截器姿态控制系统的鲁棒性,提出了一种切换控制方法来控制拦截器的姿态。该切换控制方法主要包括双重推力水平切换,相平面控制律与准滑模控制律切换和角度反馈切换。给出了高水平推力和低水平推力的切换逻辑,相平面控制与准滑模控制律的切换准则和角度反馈中俯仰角和攻角的切换策略。仿真实验表明,采用切换控制方法所设计的姿控系统可以适应大气层内外飞行,鲁棒性较强。     

基于dSPACE的星载计算机外部实时仿真环境实现

为测试星载计算机软硬件实时性能，本文基于dSPACE多处理器设计了由模拟星载计算机和星载计算机外部实时仿真环境两子系统构成的卫星姿态控制实时仿真系统。介绍了该系统硬件和Simulink模型总体结构。重点介绍了两子系统间的串口通信接口模型的建模方法。仿真结果证明了星载计算机外部实时仿真环境子系统的可信性和串口通信接口模型的有效性。     

基于单元重用机制的轻量化建模算法

给出了一种在三维模型中发现所有外形相同的模型单元并重用这些单元来构造轻量化模型的新方法。该方法不仅能有效地区别相同几何顶点而拓扑不同的模型单元,并且通过对模型单元进行对称不变性变换及其它优化处理,使相同单元的对齐效果和处理效率得到了进一步的提升。采用的体素化匹配方法对于PCA协方差矩阵退化情况具有鲁棒性,不需专门处理,并可以精确且高效地比较两单元。实验结果表明,该方法相比其他方法可以寻找出更多的可重用单元,速度上平均提升20倍左右,因此本方法在效果与效率上均好于已有的同类算法,并且很好的应用于模型轻量化。     

非轴对称装药对杆式射流初速影响的数值仿真

为了增加杆式射流的威力,采用LS-DYNA研究了非轴对称装药对杆式射流初速的影响规律,并提出用装药的非轴对称度表征非轴对称装药。通过分析可知:长轴起爆半径对爆轰波波形和压力的影响较大,长轴装药半径则决定了长轴起爆半径的选择范围。随着长轴起爆半径的增加,爆轰波的相互作用区域增大,压力峰值提高。得到了起爆半径非轴对称度对杆式射流初速的影响规律:随着起爆半径非轴对称度的增加,杆式射流的初速开始增加较快,后来增加变慢。所研究的非轴对称杆式射流头部初速最高可以达到3510m/s。     

改进粒子滤波在捷联惯导系统姿态确定中的应用

捷联惯导系统姿态确定问题本质上是一个非线生滤波估计问题.针对传统的扩展卡尔曼滤波不再适用于非线性和非高斯分布的系统,和一般粒子滤波存在粒子退化和粒子耗尽等问题,提出了将马尔可夫链蒙特卡罗(MCVC)正则粒子滤波算法应用于捷联惯导系统的姿态确定中.计算机仿真表明了该方法在加快收敛速度、提高姿态精度和自适应调整粒子个数方面的有效性和可行性.     

喷气/偏置动量轮联合微小卫星三轴稳定控制

针对偏置动量轮加喷气的微小卫星姿态控制方案,给出了LQG和Lyapunov控制的两种三轴稳定控制方法.首先以轨道系为参考建立了卫星、偏置动量轮以及喷气系统模型,在此基础上设计了两种喷气/动量轮联合控制律.仿真结果表明两种控制方法,将动量轮和采用PWM技术的喷气系统进行联合控制,与单独动量轮俯仰控制、喷气进行滚动-偏航控制的传统方法相比较,具有更高的控制精度,并且减少喷气系统的燃料消耗,同时还可以减少动量轮饱和的机会.     

欠驱动双足步行机器人通用仿真软件的开发

设计了欠驱动步行机器人开放式通用仿真、实验测试软件平台,应用MATLAB对具有膝关节的多自由度欠驱动双足行走机器人进行了运动.动力学建模与数值仿真,利用姿态还原算法重建机器人行走的运动学过程,应用计算机通信接口实现与机器人原型机的双向通信与控制连接,并应用VC++/OpenGL实现了人机交互界面和机器人行走的3D动画演示,研究成果对欠驱动双足机器人仿真、控制开发以及实验研究具有重要的应用价值.